Immunologia – funkcje układu odpornościowego

PAUza
ISSN 1689-488X
Akademicka
Tygodnik Polskiej Akademii Umiejętności
Nr 75/76 Kraków, 1–8 kwietnia 2010
Przełomowe odkrycia i koncepcje po II wojnie światowej
Immunologia – funkcje układu odpornościowego
Immunologia po wojnie była terenem nie jednego,
lecz całego szeregu przełomowych odkryć, które znalazły wiele zastosowań w medycynie, biotechnologii
i przemyśle farmaceutycznym oraz w badaniach podstawowych, za co w latach 1951–1996 aż 18 badaczy wyróżniono Nagrodą Nobla. Za przykład może posłużyć otrzymanie i zastosowanie przeciwciał monoklonalnych, które
„wstrząsnęły” wieloma gałęziami biologii i medycyny.
Największy powojenny przełom dokonał się w pojmowaniu istoty funkcji układu odpornościowego, mimo
że wskutek odsłonięcia jego ogromnej złożoności trudno
go zdefiniować. Dlatego, zamiast pełnej nazwy, będę się
posługiwał żartobliwie zmodyfikowanym, ale jak sądzę
adekwatnym akronimem: UfO. Współcześnie UfO jest
postrzegany jako skomplikowany „homeostat” – będący strażnikiem genetycznej niepowtarzalności każdego
człowieka, zdolnym do rozpoznawania i monitorowania
komórek własnego organizmu – którego rola nie ogranicza się do obrony przed zakażeniem. Doprowadziło to
do nowego spojrzenia na przyczyny wielu schorzeń i do
wprowadzenia nowatorskich metod leczenia. Jednakże
nadzieja, że nowe odkrycia pozwolą wyeliminować choroby zakaźne i nowotworowe, przed którymi UfO powinien nas chronić, oraz te, których sam jest przyczyną
(np. alergie), pozostaje niespełniona. Dziedziną medycyny, która po wojnie skorzystała najwięcej na pogłębieniu
wiedzy o UfO jest transplantologia, która rozkwitła dzięki
odkryciu sposobów omijania bądź osłabiania „bariery immunologicznej”.
Zastanawiając się, które z powojennych koncepcji
i odkryć uznać za przełomowe kierowałem się pytaniem,
czy przyczyniły się one do wyjaśnienia dwu unikalnych
właściwości UfO, od dziesięcioleci drążących umysły
immunologów. Pierwsza polega na niespotykanej wybiórczości, precyzji i swoistości reakcji wynikających ze
zdolności do wytwarzania przeciwciał, których różnorodność zdawała się przewyższać liczbę genów zawartych
w genomie. Dzięki przeciwciałom, UfO jest w stanie indywidualnie rozpoznać wszystkie możliwe antygeny, którymi mogą być mikroorganizmy i wszelkie substancje,
nawet te, które nie występują naturalnie w przyrodzie.
Druga właściwość polega na zdolności do odróżniania
komórek własnego organizmu i ich wytworów, których
UfO wydaje się nie zauważać (toleruje je), od komórek
i substancji obcego pochodzenia, które wywołują odpowiedź immunologiczną. Kluczowe znaczenie dla wyjaś­
nienia tych zagadkowych cech UfO miały następujące
powojenne koncepcje i odkrycia.
• „Selekcyjne” teorie powstawania przeciwciał: antygen
nie instruuje UfO, lecz z morza różnorodnych, spontanicznie wytwarzanych przeciwciał wyławia pasujące,
powodując namnożenie komórek, które je produkują.
• Komórkami odpowiedzialnymi za swoistość reakcji są lim­
focyty, które są czynnościowo zróżnicowane: limfocyty B,
powstające w szpiku kostnym, produkują przeciwciała,
a limfocyty T, które powstają w grasicy, wiążą antygeny
wyłącznie za pomocą powierzchniowych „chwytników”
TCR (T cell receptor), o strukturze przypominającej przeciwciała, lecz kodowanych przez odrębne geny.
• Głównym źródłem różnorodności przeciwciał i chwytników TCR jest somatyczna rearanżacja DNA: geny dla
tych białek powstają w limfocytach w wyniku wycinania i łączenia krótkich odcinków DNA, wywodzących się
z kilku rodzin „minigenów” kodujących różne fragmenty
części wiążącej antygen.
• Każdy organizm posiada niepowtarzalny zestaw genów
i białek zwanych głównym układem zgodności tkankowej
(ang. MHC), który jest jego immunologicznym „dowodem
tożsamości”, umożliwiającym limfocytom T odróżnianie
komórek własnych od obcych.
• Limfocyty T posiadają podwójną swoistość: wobec antygenu oraz cząsteczki MHC pełniącej rolę swoistego „talerza”, na którym antygeny są „podawane” limfocytom T.
• Zdolność zabijania komórek (np. zakażonych wirusem)
oraz regulowanie czynności innych komórek UfO, jest
funkcją dwu odrębnych rodzajów limfoctytów T: CD8
i CD4; pierwsze z nich rozpoznają antygeny podawane
przez cząsteczki MHC obecne na wszystkich komórkach
(MHC-I), natomiast drugie – przez cząsteczki MHC obecne
tylko na komórkach UfO (MHC-II).
• Zdolność do odróżniania antygenów własnych od obcych jest m.in. wynikiem selekcji niedojrzałych limfocytów
T, których chwytniki dopasowane są do cząsteczek MHC
w grasicy: selekcja negatywna eliminuje limfocyty zbyt
silnie dopasowane (na tym polega centralny mechanizm
tolerancji immunologicznej), natomiast limfocyty słabo
dopasowane podlegają selekcji pozytywnej, umożliwiającej dojrzewanie limfocytów zdolnych do rozpoznawania
obcych antygenów: limfocyty, które nie widzą cząsteczek
MHC, popełniają samobójstwo.
• Autoreaktywność limfocytów, które uniknęły negatywnej
selekcji jest hamowana przez odrębny rodzaj limfocytów
T CD4 (Treg): są one odpowiedzialne za tzw. obwodowy
mechanizm tolerancji immunologicznej.
Złożoność powiązań między znanymi i ciągle odkrywanymi elementami UfO, które musiałem tutaj pominąć
(np. komórki NK, NKT, Tγ/δ, Th17; limfokiny; chemokiny,
chwytniki TLR), zadziwia – ucząc pokory i cierpliwości
w oczekiwaniu na przełom, który doprowadzi do syntezy
cząstkową wiedzę o tym fascynującym układzie.
PAWEŁ KISIELOW
Partnerem czasopisma jest Miasto Kraków